本發(fā)明涉及一種符合室內(nèi)直剪試驗要求的非規(guī)則原巖結構面試樣的制作模具，適用于非規(guī)則原巖結構面抗剪強度特性的試驗研究，屬工程技術領域。

背景技術：

巖體結構面為巖體中的斷層、軟弱層面、節(jié)理、軟弱片理和軟弱帶等各種力學作用形成的破裂面和破裂帶。由于原巖結構面取樣難度大、成本高、周期長，造成結構面直剪試驗常采用模型結構面來代替原巖結構面進行抗剪強度試驗研究。模型結構面是根據(jù)原巖結構面的力學性質及表面形態(tài)等因素制作出與原巖結構面相似的試樣用于直剪試驗。由于巖石成因的復雜性以及原巖結構面表面形態(tài)的不確定性，通過相似材料依據(jù)相似比原理模擬制作的模型結構面試樣與原巖結構面試樣存在一定的差距，難以反映天然原巖結構面的固有物理力學特性。

直剪試驗要求原巖結構面試樣的外部形狀是規(guī)則的，通常是方形結構面試樣。原巖結構面一般賦存于巖體中，需要經(jīng)過現(xiàn)場選樣、切割、送輸?shù)拳h(huán)節(jié)才能制成符合直剪試驗要求的規(guī)則結構面試樣，費用高、工期長、難度大。然而由于結構面賦存深度、產(chǎn)狀及位置等因素的復雜性常常難以獲得規(guī)則的標準尺寸結構面試樣，相比而言，出露地表的非規(guī)則外形(如多邊形等)的原巖結構面更易在現(xiàn)場獲得，而非規(guī)則外形的原巖結構面難以直接開展直剪試驗，需要進行外部形狀的處理。為了更好測試原巖結構面的抗剪強度特性，需將非規(guī)則外型的原巖結構面轉化為規(guī)則形狀的標準尺寸結構面試樣。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決非規(guī)則原巖結構面制樣困難，無法直接開展直剪試驗和資源利用率低等不足，本發(fā)明提供一種有效地制作出符合直剪試驗要求的非規(guī)則原巖結構面試樣，而且簡單易行、操作方便、費用底、容易拆卸、便于試驗研究的符合室內(nèi)直剪試驗要求的非規(guī)則原巖結構面試樣的制作模具。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種符合室內(nèi)直剪試驗要求的非規(guī)則原巖結構面試樣的制作模具，所述制作模具包括模具下盤、模具中盤和模具上盤，所述模具下盤包括模具下盤l型側板、模具下盤l型側板連接件、底板與側板連接件以及底板，兩塊模具下盤l型側板之間通過模具下盤l型側板連接件連接，所述模具下盤l型側板與底板之間通過底板與側板連接件連接；

所述模具中盤包括第一模具中盤連接板、第二模具中盤連接板、模具中盤側板連接件和模具上盤定位連接件，第一模具中盤連接板和第二模具中盤連接板分別對邊設置，所述第一模具中盤連接板與第二模具中板連接板通過模具中盤側板連接件連接并形成無頂無底方形盒；模具上盤定位連接件位于模具中盤四邊的中心位置，模具中盤四邊的下端通過鉸鏈與模具下盤連接；所述第一模具中盤連接板和第二模具中盤連接板上均安裝原巖固定件，所述原巖固定件伸入所述模具中盤，四個原巖固定件的定位端分別定位所述非規(guī)則原巖試樣的四個方向并將非規(guī)則原巖試樣固定于模具的中心位置；

所述模具上盤包括模具上盤l型側板和模具上盤l型側板連接件，兩個模具上盤l型側板之間通過模具上盤l型側板連接件連接；

所述模具下盤填充巖樣的空腔填充下盤填充層，所述非規(guī)則原巖試樣位于模具中盤，所述模具中盤填充結構面保護層，所述模具上盤的空腔填充巖樣上盤填充層；巖樣上盤填充層、結構面保護層、巖樣下盤填充層與非規(guī)則原巖試樣組成符合試驗要求的規(guī)則外型原巖結構面試樣。

進一步，所述的原巖固定件包括固定端、螺紋桿、螺帽和端部橡膠墊，所述固定端位于原巖固定件的端部，通過端部橡膠墊作用于非規(guī)則原巖試樣上使得固定端與非規(guī)則原巖試樣緊密接觸，所述螺紋桿的一端與固定端連接，所述螺紋桿的另一端穿過模具中盤，通過螺帽來改變螺紋桿在模具內(nèi)部的長度使非規(guī)則原巖試樣位于模具的中心位置。

再進一步，所述底板與側板連接件包括連接件、螺紋桿、螺帽以及連接耳，所述連接件與連接耳為一體，所述螺紋桿一端與連接件可轉動地連接。

更進一步，所述模具下盤l型側板連接件和模具上盤l型側板連接件均包括連接件、螺紋桿以及螺帽，所述連接件與連接耳為一體以，所述螺紋桿一端與連接件連接，所述螺紋桿另一端與螺帽連接。

所述巖樣下盤填充層采用細石混凝土作為原料現(xiàn)澆制作，所述巖樣下盤填充層位于結構面保護層9的下部，非規(guī)則原巖試樣1的下部位于巖樣下盤填充層中；

所述的結構面保護層位于巖樣下盤填充層與巖樣上盤填充層中間，結構面保護層采用碎木屑填充；

所述的巖樣上盤填充層采用細石混凝土作為原料現(xiàn)澆制作，位于結構面保護層的上部，非規(guī)則原巖試樣的上部位于其巖樣上盤填充層中。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：能夠制作出標準尺寸和外型的原巖結構面。該制作模具及制作方法具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明的制作模具與制樣方法適用范圍廣泛，適用于各種不規(guī)則外型及非標準尺寸的原巖結構面制作。

2、本發(fā)明的制作模具與制樣方法克服了原巖結構面因為形狀不規(guī)則無法開展直剪試驗的缺點，本發(fā)明能制作出標準外型的原巖結構面試樣。

3、本發(fā)明的制作模具與制作方法簡單易行、操作方便、價格低廉，容易拆卸，便于試驗研究。

4、本發(fā)明操作方法簡便，試驗人員熟悉制作流程后即可完成。

5、本模具制作出的標準外型的原巖結構面試樣，用于直剪試驗時，剪切的對象為未破壞的原巖結構面，能夠直接反映出原巖結構面的性質。

附圖說明

圖1為規(guī)則外型原巖結構面制作方法圖；

圖2為1-1剖面圖；

圖3為原巖固定件詳圖；

圖4為模具下盤俯視圖；

圖5為模具下盤l型側板詳圖；

圖6為模具下盤底板俯視圖；

圖7為模具中下盤三維圖；

圖8為模具中下盤剖面圖；

圖9為模具中盤俯視圖；

圖10為模具中盤的分解側板詳圖，其中，(a)是第一模具中盤連接板的示意圖，(b)是第二模具中盤連接板的示意圖；

圖11為模具上盤俯視圖；

圖12為模具上盤l型側板詳圖；

其中：1為非規(guī)則原巖試樣、2為結構面、3為模具下盤、31為模具下盤l型側板、32為模具下盤l型側板連接件、321為連接件、322為螺紋桿、323為螺帽、33為模具下盤底板與側板連接件、331為連接件、332為螺紋桿、333為螺帽、334為連接耳、34為底板、4為模具中盤、41為第一模具中盤連接板、42為第二模具中盤連接板、43為模具中盤側板連接件、44為模具上盤定位連接件、5為鉸鏈、6為原巖固定件、61為固定端、62為螺紋桿、63為螺帽、7為模具上盤、71為模具上盤l型側板、72為模具上盤l型側板連接件、8為巖樣下盤填充層、9為結構面保護層、10為巖樣上盤填充層。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。

參照圖1～圖12，一種符合直剪試驗要求的非規(guī)則原巖結構面試樣的制作模具，包括模具下盤3、模具下盤l型側板31、模具下盤l型側板連接件32、模具下盤底板與側板連接件33、連接件331、螺紋桿332、螺帽333、連接耳334、底板34、模具中盤4、模具中盤連接板41、模具中盤連接板42、模具中盤側板連接件43、模具上盤定位連接件44、鉸鏈5、原巖固定件6、固定端61、螺紋桿62、螺帽63、端部橡膠墊、模具上盤7、模具上盤l型側板71、模具上盤l型側板連接件72、巖樣下盤填充層8、結構面保護層9和巖樣上盤填充層10。

非規(guī)則原巖試樣1內(nèi)包括結構面2。結構面2為非規(guī)則原巖試樣1中的未貫通或者已貫通結構面。非規(guī)則原巖試樣1的外型與尺寸不受限制，通過原巖固定件6將其固定于模具中盤4的中心位置，即模具內(nèi)部的中心位置。

所述的結構面2為非規(guī)則原巖試樣1中的軟弱部分。結構面2存在于非規(guī)則原巖試樣1中，結構面2的個數(shù)不確定，由非規(guī)則原巖試樣1本身的性質決定。

所述的模具下盤3包括模具下盤l型側板31、模具下盤l型側板連接件32、底板與側板連接件33以及底板34。模具下盤3的側板由兩個l型側板31組成，兩個l型側板之間通過模具下盤l型側板連接件32連接。模具下盤l型側板連接件32包括連接件321、螺紋桿322以及螺帽323。連接件321與連接耳334應為一體以提高底板與側板連接件32的整體穩(wěn)定性。螺紋桿322一端與連接件321連接，另一端與螺帽323連接。螺紋桿322與連接件321連接的一端應可以轉動，與螺帽323連接的一端，螺帽323是與螺紋相配合的螺帽。底板34與側板之間通過底板與側板連接件33連接。底板與側板連接件33包括連接件331、螺紋桿332、螺帽333以及連接耳334。連接件331與連接耳334應為一體以提高底板與側板連接件33的整體穩(wěn)定性。螺紋桿332一端與連接件331連接，另一端與螺帽333連接。螺紋桿332與連接件331連接的一端應可以轉動，與螺帽333連接的一端，螺帽333是與螺紋相配合的螺帽。模具下盤l型側板31與模具下盤l型側板連接件32、底板與側板連接件33之間應為一整體。

所述的模具中盤4包括模具中盤連接板41、模具中盤連接板42、模具中盤側板連接件43和模具上盤定位連接件44。模具中盤4上端通過模具上盤定位連接件44與模具上盤3連接，模具中盤4下端通過鉸鏈5與模具下盤3連接。模具中盤側板連接件43與模具中盤連接板41、模具中盤連接板42之間應為一整體。模具中盤4是由四個側板組成的無頂無底方形盒，四個側板包括兩個模具中盤連接板41和兩個模具中盤連接板42，模具中盤連接板41與模具中盤連接板42之間通過模具中盤側板連接件43連接。模具上盤定位連接件44位于模具中盤4四邊的中心位置，其與模具中盤之間連接宜采用焊接。當將模具上盤7放置在模具中盤4上時，模具上盤定位連接件44能夠很好的將兩者連接。

所述的鉸鏈5用來連接模具下盤3與模具中盤4。模具中盤4通過鉸鏈5與模具下盤3連接，可以更方便地拆卸模具。

所述的原巖固定件6包括固定端61、螺紋桿62、螺帽63和端部橡膠墊。其作用主要將非規(guī)則原巖試樣1固定于模具的中心位置。固定端61位于原巖固定件6的端部，通過端部橡膠墊作用于非規(guī)則原巖試樣1上，使得固定端61與非規(guī)則原巖試樣1緊密接觸。螺紋桿62的一端與固定端61連接，兩者為一體，以增加原巖固定件6的整體性；另一端穿過模具中盤4，通過螺帽63來改變螺紋桿62在模具內(nèi)部的長度，使非規(guī)則原巖試樣1位于模具的中心位置。首先將非規(guī)則原巖試樣1置于模具中盤4的中心位置，然后選擇合適長度的螺紋桿62，在螺紋桿62的端部放置端部橡膠墊，以便使螺紋桿62的端部與非規(guī)則原巖試樣1較好的連接，最后將螺紋桿62穿過模具中盤4的四個側板，并將螺帽63旋轉到螺紋桿62的合適位置，通過旋轉螺帽63調(diào)節(jié)模具內(nèi)螺紋桿62的長度來固定非規(guī)則原巖試樣1的位置，使之在模具中盤4的中心位置。

所述的模具上盤7包括模具上盤l型側板71和模具上盤l型側板連接件72。模具上盤l型側板連接件72與模具上盤l型側板71之間應為一整體。模具上盤7下端通過模具上盤定位連接件44與模具中盤4連接。模具上盤7的側板由兩個l型側板71組成，兩個l型側板之間通過模具上盤l型側板連接件72連接，模具上盤l型側板連接件72包括連接件、螺紋桿以及螺帽，連接關系與模具下盤l型側板連接件32相同。

所述的巖樣下盤填充層8，常采用細石混凝土作為原料現(xiàn)澆制作，位于結構面保護層9的下部，非規(guī)則原巖試樣1的下部位于其中，其外部形狀和模具外形一樣。

所述的結構面保護層9位于巖樣下盤填充層8與巖樣上盤填充層10中間，在制作試樣的過程中，結構面保護層9一般采用碎木屑等無粘結的材料填充，巖樣制作完成后將其取出，以保證在做直剪試驗中，剪切的對象為原巖結構面2，而不是結構面保護層9。

所述的巖樣上盤填充層10，常采用細石混凝土作為原料現(xiàn)澆制作，位于結構面保護層9的上部，非規(guī)則原巖試樣1的上部位于其中。巖樣上盤填充層10、結構面保護層9、巖樣下盤填充層8與非規(guī)則原巖試樣1組成符合試驗要求的規(guī)則外型原巖結構面試樣。

本實施例的制作模具實現(xiàn)的一種符合試驗要求的非規(guī)則外型原巖結構面的制作方法，所述方法包括以下步驟：

1)選擇模具尺寸。根據(jù)室內(nèi)直剪試驗要求及現(xiàn)場取得的非規(guī)則原巖結構面試樣的形狀和大小選擇相應尺寸的模具。

2)組裝模具下盤3。首先將兩個l形側板31通過模具下盤l形側板連接件32進行連接，然后將連接好的側板通過模具下盤底板與側板連接件33與模具底板34連接。

3)組裝模具中盤4。首先通過旋轉將模具中盤連接板41與模具下盤側板在同一垂直面內(nèi)，然后通過旋轉將模具中盤連接板42與模具中盤連接板41契合，并通過模具中盤側板連接件43將模具中盤四個側板連接牢固。

4)組裝模具上盤7。首先將兩個l形側板71通過模具上盤l形側板連接件72進行連接，最終形成無底無頂?shù)姆叫魏小?/p>

5)固定非規(guī)則原巖試樣1。首先將非規(guī)則原巖試樣1置于模具中盤4的中心位置，然后選擇合適長度的螺紋桿62，在螺紋桿62的端部放置端部橡膠墊，以便使螺紋桿62的端部與非規(guī)則原巖試樣1較好的連接，最后將螺紋桿62穿過模具中盤4的四個側板，并將螺帽63旋轉到螺紋桿62的合適位置，通過旋轉螺帽63調(diào)節(jié)模具內(nèi)螺紋桿62的長度來固定非規(guī)則原巖試樣1的位置，使之在模具中盤4的中心位置。

6)根據(jù)實際情況選擇巖樣上、下盤填充層的現(xiàn)澆材料(本發(fā)明以細石混凝土為例)，然后開始制作巖樣下盤填充層8。

7)澆筑模具下盤內(nèi)的混凝土。在模具下盤3內(nèi)澆筑混凝土，其高度與模具下盤3的上表面一致，將澆筑好的試樣放在振動臺上進行振搗以保證氣泡的排出，澆筑的填充層作為巖樣下盤填充層8。

8)待巖樣下盤填充層8達到試驗強度80％后，將模具上盤7通過模具上盤定位連接件44與模具中盤4連接，然后向模具中盤4內(nèi)填滿一些松散的材料(本發(fā)明以木屑為例)，形成結構面保護層9。

9)澆筑模具上盤內(nèi)的混凝土。向模具上盤7內(nèi)澆筑混凝土，將澆筑好的試樣連同模具放在振動臺上進行振搗以保證氣泡的排出，振搗結束后應將試樣的表面刮平，澆筑的填充層即為巖樣上盤填充層10。

10)模具拆卸。待澆筑的試樣完全成型后，首先通過模具上盤l型側板連接件72對模具上盤7進行拆除；然后對模具中盤4進行拆除，拆除模具中盤4時，應首先拆除原巖固定件6，然后通過模具中盤側板連接件43拆除模具中盤連接板41與模具中盤連接板42之間的連接；最后拆除模具下盤3，拆除模具下盤3時，應首先通過底板與側板連接件33拆除模具下盤底板34與側板的連接，然后通過模具下盤l型側板連接件32拆除模具下盤側板之間的連接。

11)試樣養(yǎng)護。待拆除后的試樣放在恒溫、恒濕的養(yǎng)護室內(nèi)進行養(yǎng)護，直至達到養(yǎng)護齡期，取樣后可進行室內(nèi)直剪試驗。